Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.8
no.2
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pp.103-116
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2005
Although there have been many researches to construct a database of water distribution networks using GIS, most of them were not linked with an model for the analysis of pipe networks because it is difficult to make spatial data about complex water distribution networks for building a detail model. Therefore, it is necessary to develop the method based on GIS to build geographical data for design of water distribution pipeline systems. In this study, an innovated design support technique using GIS is proposed for a hydraulic analysis model of water distribution networks. With the function of spatial analysis in GIS system, the results from a pipe network model are used to analyze the suitability of the location of pipeline network, the spatial suitability comprised the analysis of the degree of pipe age, the altitude distribution of water pressure, and the water supply system for the customer.
Eunher Shin;Gimoon Jeong;Kyoungpil Kim;Taeho Choi;Seon-ha Chae;Yong Woo Cho
Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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v.37
no.6
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pp.347-361
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2023
Water utilities are making various efforts to reduce water losses from water networks, and an essential part of them is to recognize the moment when a pipe burst occurs during operation quickly. Several physics-based methods and data-driven analysis are applied using real-time flow and pressure data measured through a SCADA system or smart meters, and methodologies based on machining learning are currently widely studied. Water utilities should apply various approaches together to increase pipe burst detection. The most intuitive and explainable water balance method and its procedure were presented in this study, and the applicability and detection performance were evaluated by applying this approach to water supply pipelines. Based on these results, water utilities can establish a mass balance-based pipe burst detection system, give a guideline for installing new flow meters, and set the detection parameters with expected performance. The performance of the water balance analysis method is affected by the water network operation conditions, the characteristics of the installed flow meter, and event data, so there is a limit to the general use of the results in all sites. Therefore, water utilities should accumulate experience by applying the water balance method in more fields.
The increased turbidity in rivers during flood events has various effects on water environmental management, including drinking water supply systems. Thus, prediction of turbid water is essential for water environmental management. Recently, various advanced machine learning algorithms have been increasingly used in water environmental management. Ensemble machine learning algorithms such as random forest (RF) and gradient boosting decision tree (GBDT) are some of the most popular machine learning algorithms used for water environmental management, along with deep learning algorithms such as recurrent neural networks. In this study GBDT, an ensemble machine learning algorithm, and gated recurrent unit (GRU), a recurrent neural networks algorithm, are used for model development to predict turbidity in a river. The observation frequencies of input data used for the model were 2, 4, 8, 24, 48, 120 and 168 h. The root-mean-square error-observations standard deviation ratio (RSR) of GRU and GBDT ranges between 0.182~0.766 and 0.400~0.683, respectively. Both models show similar prediction accuracy with RSR of 0.682 for GRU and 0.683 for GBDT. The GRU shows better prediction accuracy when the observation frequency is relatively short (i.e., 2, 4, and 8 h) where GBDT shows better prediction accuracy when the observation frequency is relatively long (i.e. 48, 120, 160 h). The results suggest that the characteristics of input data should be considered to develop an appropriate model to predict turbidity.
Kim, Ji Eun;Kim, Min Ji;Choi, Sijung;Lee, Joo-Heon;Kim, Tae-Woong
Journal of Korea Water Resources Association
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v.55
no.8
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pp.589-601
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2022
Although drought is a natural phenomenon, its damage occurs in combination with regional physical and social factors. Especially, related to the supply and demand of various waters, drought causes great socio-economic damage. Even meteorological droughts occur with similar severity, its impact varies depending on the regional characteristics and water supply system. Therefore, this study assessed regional drought risk considering regional socio-economic factors and water supply system. Drought hazard was assessed by grading the joint drought management index (JDMI) which represents water shortage. Drought vulnerability was assessed by weighted averaging 10 socio-economic factors using Entropy, Principal Component Analysis (PCA), and Gaussian Mixture Model (GMM). Drought response capacity that represents regional water supply factors was assessed by employing Bayesian networks. Drought risk was determined by multiplying a cubic root of the hazard, vulnerability, and response capacity. For the drought hazard meaning the possibility of failure to supply water, Goesan-gun was the highest at 0.81. For the drought vulnerability, Daejeon was most vulnerable at 0.61. Considering the regional water supply system, Sejong had the lowest drought response capacity. Finally, the drought risk was the highest in Cheongju-si. This study identified the regional drought risk and vulnerable causes of drought, which is useful in preparing drought mitigation policy considering the regional characteristics in the future.
This paper analyzes the drought and restriction on water supply in Taebaek City during the winter season in 2008 using Actor-Network Theory. Actor-Network Theory emphasizes and brings into view the role and act of non-human actors as well as human actors in various environmental issues. The fact that only Taebaek experienced restriction on water supply for 88 days although the winter season drought in 2008 affected the whole nation, requires a synthetic analysis of both human and non-human actors and their relationships and networks embedded in Taebaek City at that time. This paper shows that both human and non-human actors including Taebaek City Hall, Korea Water Resource Corporation, Taebaek citizen, the water supply facilities, Gwangdongdam, obsolete water pipes, the topography of Taebaek, soil, the change of industry, and population interact one another transforming the geography of water in Taebaek. This study helps to understand the complex processes related to drought disasters at a specific local scale and to provide appropriate measures to drought.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2021.06a
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pp.146-146
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2021
A contamination event occurring in water distribution networks (WDNs) needs to be handled with the appropriate mitigation strategy to protect public health safety and ensure water supply service continuation. Typically the mitigation phase consists of contaminant sensing, public warning, network inspection, and recovery. After the contaminant source has been detected and treated, contaminants still exist in the network, and the contaminated water should be flushed out. The recovery period is critical to remove any lingering contaminant in a rapid and non-detrimental manner. The contaminant flushing can be done in several ways. Conventionally, the opening of hydrants is applied to drain the contaminant out of the system. Relying on advanced information and communication technology (ICT) on WDN management, warning and information can be distributed fast through electronic media. Water utilities can inform their customers to participate in the contaminant flushing by opening and closing their house faucets to drain the contaminated water. The household draining strategy consists of determining sectors and timeslots of the WDN users based on hydraulic simulation. The number of sectors should be controlled to maintain sufficient pressure for faucet draining. The draining timeslot is determined through hydraulic simulation to identify the draining time required for each sector. The effectiveness of the strategy is evaluated using three measurements, such as Wasted Water (WW), Flushing Duration (FD), and Pipe Erosion (PE). The optimal draining strategy (i.e., group and timeslot allocation) in the WDN can be determined by minimizing the measures.
To prepare for agricultural droughts, the potential discharge to the water supply of irrigation facilities during drought periods is important. Using the MODSIM (Modified SIMYLD) model, water balance networks that consider irrigation facilities were designed for the Geum River Basin, and the potential discharge to the agricultural water supply of irrigation facilities were evaluated by running the model using data for 36 years (1967-2002). It was found that agricultural water deficiencies occurred during the drought years more than in the other years. The agricultural water deficiencies in 1994, 1995, and 2001, the representative drought years, were 745.8 million m$^3$, 661.1 million m$^3$, and 696.8 million m$^3$, respectively. The average potential discharge to the water supply of the sub-basin was 99.1 % in the cases of municipal and industrial water, and 84.4 % in the case of agricultural water. The potential discharge to the water supply in 1994, 1995, and 2001 were 74.8 %, 79.2 %, and 77.9 %, respectively, which are lower than those of the other years' sub-basin average. In the analysis of the contribution of each irrigation facility, the contributions of pumping stations and diversions were calculated as 32.5 %, and of culverts and wells, 4.0 %. During the drought periods, the pumping stations and diversions contributed to a certain level.
Turbidity has various effects on the water quality and ecosystem of a river. High turbidity during floods increases the operation cost of a drinking water supply system. Thus, the management of turbidity is essential for providing safe water to the public. There have been various efforts to estimate turbidity in river systems for proper management and early warning of high turbidity in the water supply process. Advanced data analysis technology using machine learning has been increasingly used in water quality management processes. Artificial neural networks(ANNs) is one of the first algorithms applied, where the overfitting of a model to observed data and vanishing gradient in the backpropagation process limit the wide application of ANNs in practice. In recent years, deep learning, which overcomes the limitations of ANNs, has been applied in water quality management. LSTM(Long-Short Term Memory) is one of novel deep learning algorithms that is widely used in the analysis of time series data. In this study, LSTM is used for the prediction of high turbidity(>30 NTU) in a river from the relationship of turbidity to discharge, which enables early warning of high turbidity in a drinking water supply system. The model showed 0.98, 0.99, 0.98 and 0.99 for precision, recall, F1-score and accuracy respectively, for the prediction of high turbidity in a river with 2 hour frequency data. The sensitivity of the model to the observation intervals of data is also compared with time periods of 2 hour, 8 hour, 1 day and 2 days. The model shows higher precision with shorter observation intervals, which underscores the importance of collecting high frequency data for better management of water resources in the future.
Although it produces well-treated water in water treatment plant, water quality at the tap can be changed depending on the state of pipes. It is because water quality deteriorates as plant water passes through pipeline networks. Therefore, the improvement of not only water treatment technology but also O & M of water pipelines is required to supply good water to consumers. The purpose of the study was to obtain the basic data of control technology for water quality in pipes through investigating water quality in distribution system. We selected 11 sampling sites and investigated water quality from plant to endpoint of distribution system. we also simulated decreasing tendency of free chlorine through pipeline network. As the result of water quality test, all parameters were below allowable levels, but some parameters had the possibility of being over levels. So there must be more work to set up proper countermeasure for violable parameters.
A methodology is developed for designing the minimum-cost water distribution network. The method is based on network simulations and an optimization scheme using genetic algorithms. Being a stochastic optimization scheme, genetic algorithms have advantages over the conventional search algorithms in solving network problems known for their nonlinearities and herculean computational costs. While existing methods focus on the design of either entirely new or parallel augmentation of network systems, the proposed method can be applied to problems having both new branches of tree-type and paralle augmentation in loops. The applicability of the method was shown through a case study for Baekryeon water supply system. The optimized design resulted in the maximum 5.37% savings compared to the conventional design without optimization, while meeting the hydraulic constraints.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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